山區高速公路特長隧道施工風險評估及安全控制措施研究

姚偉

摘 要：本文以某中部山區高速公路特長隧道為工程實例，綜合運用風險矩陣法、指標體系及專家調查法對該隧道施工風險進行分析，在此基礎上制定針對特長公路隧道施工的風險控制措施，為該項目安全施工提供科學指導，同時期望為類似隧道工程的施工安全風險控制提供參考。

關鍵詞：山區高速；特長隧道；施工；風險評估；安全控制

中圖分類號：U455.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0122-02

0 引言

近年來隨著高速公路建設的迅速發展，作為高速公路主體工程之一的隧道工程建設規模逐漸增大。同時，隧道施工安全問題日益突出，尤其是山區高速公路特長隧道，曾經發生多起隧道坍塌、涌水突泥、洞口失穩等事故。在特長隧道工程中，存在多種因素影響其施工安全，本文依據交通部2011年頒布實施的《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南（試行）》（以下簡稱《指南》）相關要求，結合施工圖設計文件、施工組織文件等，綜合運用風險矩陣法、指標體系及專家調查法，以某中部山區高速公路特長隧道施工為實例，進行風險的全面分析。

1 工程概況

1.1 工程地質條件

某特長高速公路隧道位于中部山區，地屬伏牛山系，橫跨黃河長江分水嶺。海拔高程在850～1500m，山勢陡峭，河谷縱橫，進口交通條件較差，出口交通條件較好。隧道左線起訖樁號ZK82+408～ZK91+569，全長9161m，右線起訖樁號K82+363～K91+546，全長9183m。隧道共設置車行橫通道11處，洞內變電所2處，人行橫通道23處。分別設置通風、送風、排風斜井各1，施工時做為施工輔助通道使用，后期用于運營通風。

隧道區屬于中高山陡坡地貌，地勢起伏較大，隧道小里程端低，大里程高，坡面植被茂盛。地面標高介于806～1670m，相對高差約864m。隧道進口段地形均較緩，坡角約30°，出口段地形也較緩，坡角約25～30°。左線最大埋深751.68米，右線最大埋深769.76米。根據地質鉆探揭露、工程地質調繪和土工試驗，隧道區分布的地層為第四系全新統沖洪積物（Q4al+pl），下元古界寬坪組（Pt1k1）石英片巖，以及中生代燕山期（γ53）花崗巖。根據隧道進出口露頭測量統計，隧址區隧道圍巖發育有三組節理：（1）組產狀50°∠60°，1～3條/m；（2）組產狀225°∠74°，7～8條/m；（3）組產狀125°∠38°，5-10條/m；節理呈張開～閉合狀，地形陡峭處，由于卸荷作用，節理呈張開狀。

隧址區地下水主要為基巖裂隙水。主要賦存于全風化～強風化基巖節理裂隙內的地下水，富水量大小分布很不均勻，主要受大氣降水、巖層節理裂隙發育程度和地形地貌等諸多因素影響，總體富水性較弱。大氣降水為地下水的主要補給來源，風化及節理裂隙、張開～微張，為地下水滲入徑流提供了通道，以大氣蒸發泉水或側向滲流形式向河谷排泄，勘察期間孔內未見地下水分布。

1.2 隧道設計參數

隧道內輪廓采用拱部為單心半圓，側墻為大半徑圓弧的單曲墻式襯砌方案。路面雙側路緣設置排水邊溝。隧道中線下設置中心排水溝。橫斷面行車方向左、右側檢修道溝槽下設置強弱電纜槽。洞身開挖后設置錨桿、拱架及鋼筋網，C25噴射混凝土，施工過程中對圍巖進行監控量測，在初期支護穩定后，施工C30模筑混凝土二村。支護參數如表1所示。

1.3 隧道施工方法

該隧道進口段緊鄰某景區公路，為避免爆破振動影響，開挖時采用機械開挖，同時加強防護支擋，防止落石危及安全；隧道出口段屬于淺埋偏壓段，且是小凈距隧道，地質屬沖洪積層，穩定性差，施工時應遵循“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則，采用短臺階預留核心土法進行開挖，保證初期支護及時落底封閉，進而確保初期支護的承載能力。洞口段二襯應及時跟進，二次襯砌模板臺車拼裝完畢后方可進行暗洞開挖施工。對于隧道洞口段及V級圍巖段，首先進行超前注漿加固，開挖采用環形開挖留核心土法或CD法；隧道Ⅳ級圍巖段落采用臺階法進行開挖；隧道Ⅳ級以下圍巖段落采用全斷面開挖施工，一般不采用超前支護措施。隧道二襯應及時跟進施工，圍巖為Ⅴ級的隧道段落二襯與掌子面距離不宜大于80m，圍巖為Ⅳ級段落距離不宜大于100m，圍巖為Ⅲ級的段落距離不宜大于150m。

2 風險分析及安全控制措施

2.1 風險分析

依據指南要求，采用定性與定量相結合的方法對隧道工程施工安全重大風險源進行風險估測[1]。分別采用專家調查法和指標體系法，對事故嚴重程度和事故可能性進行估測。依據專項風險評估的結果，隧道洞口段發生失穩、洞身段發生坍塌、涌水突泥的風險較大，經專家調查決定將隧道洞口失穩、隧道塌方、涌水突泥作為重大危險源，進行施工安全風險評估[2]。

采用風險矩陣法對重大風險源動態估測。根據《指南》的要求，結合風險矩陣法，建立如表2所示的專項風險等級評價標準。按照四個等級對專項風險進行等級劃分，其中，低度（Ⅰ級）為一般危險，施工需要注意；中度（Ⅱ級）為有顯著風險，施工需加強管理并不斷改進；高度（Ⅲ級）為高度風險，需制定風險消減措施；極高（Ⅳ級）為極高風險，不可忍受風險，需納入目標管理或制定管理方案。

洞口失穩事故的可能性，可從圍巖級別、施工方法及洞口偏壓指標進行估算。該隧道洞口失穩事故可能性分值P=γ（A+B+C）=0.9×（4+1+1）=5.4，事故可能性為3級。根據隧道實際情況，基于隧道圍巖級別、斷層破碎情況及地質符合性，隧道開挖時滲水情況，隧道開挖施工方法及施工步距等相關指標，建立隧道施工區段的開挖坍塌事故可能性評估體系。該特長隧道施工段落發生坍塌事故的可能性分值為P=γ·（C+B+D+E+F）=0.9×（1.2×3+2.5+1+1+2）=9.09，事故發生的可能性為3級。基于隧道施工區段的巖溶發育程度、斷層破碎帶、外水壓力水頭等相關指標，建立隧道涌水突泥事故可能性評估體系。該特長隧道施工段落發生涌水突泥事故的可能性分值為P=γ·B（A+C）=0.9×1×（1+2）=2.7，事故發生的可能性為2級。

如果該特長隧道發生洞口失穩、坍塌及涌水突泥等情況，將會造成正在進行相關施工作業的3至10名施工人員死亡，事故后果較為嚴重，等級為2級。基于風險矩陣法進行風險評估，具體結果如表3所示。該特長隧道發生洞口失穩和坍塌事故的風險等級為高度（Ⅲ級），需制定風險消減措施。該特長隧道發生涌水突泥事故的風險等級為中度（Ⅱ級），施工過程中需加強管理不斷改進。

2.2 安全控制措施

針對該山區特長公路隧道施工風險因素重要性等級，采取幾點風險控制措施[3]。（1）加強監控量測，控制開挖量，減少圍巖擾動，同時加強超前支護和做好排水，保證洞口的穩定性。該特長隧道洞口段進行施工時，對圍巖進行小導管注漿及大管棚超前支護，施工過程應“先加固、后開挖”；開挖采用CD法施工時，控制開挖尺寸及爆破裝藥量，同時，嚴格控制洞口段的每個循環的開挖進尺；在施工過程中，嚴格按照要求進行動態監控量測，對該隧道進口段的地表沉降、周邊收斂及拱頂下沉進行監測，分析隧道圍巖穩定性，并依據情況及時調整支護參數。（2）施工前加強對突水的預測，同時采用相應的防水、排水措施。結合該特長隧道情況，對施工中可能出現大型涌水突泥事件的相關段落，在其施工時，首先根據相關地質資料，按照地質超前預報方案對該隧道進行全過程詳細的超前地質預報，其次，對掌子面前方10m范圍內圍巖進行鉆孔排查，進一步查明隧道洞室周邊可能存在的溶腔涌水突泥情況，同時消除隱患保證隧道安全施工。另外，該特長隧道出口段為小凈距淺埋偏壓段，為保證掌子面的施工安全，采用超前小導管預注漿進行封堵，并加固地層減少地表水影響。（3）加強安全教育和應急管理。對施工人員進行隧道防坍塌培訓，使其掌握預防事故發生的措施、安全注意事項、坍塌來臨時的預兆及發生險情時的應急措施。

3 結語

以某中部山區高速公路特長隧道為工程實例，綜合運用風險矩陣法、指標體系及專家調查法對該隧道施工風險進行分析，該隧道洞口失穩事故和隧道坍塌事故為高度（Ⅲ級）風險，需制定風險消減措施。涌水突泥事故為中度（Ⅱ級）風險，需加強管理不斷改進。在此基礎上制定針對特長公路隧道施工的風險控制措施，該隧道開挖現場實際驗證以上風控措施有效可行。

參考文獻

[1] 李偉，肖殿良.公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估制度及指南解析[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2] 黃越，寇君淑，鄧祥輝，等.大斷面淺埋公路隧道進口段施工風險評估及控制[J].西安工業大學學報，2015（6）：452-458.

[3] 任志遠.復雜地質條件下的胡麻嶺隧道施工風險控制的研究[D].北京：中國地質大學，2017.